本文關(guān)鍵詞：PEMFC不銹鋼雙極板表面改性碳基薄膜及其特性研究

  更多相關(guān)文章： 質(zhì)子交換膜燃料電池 碳基薄膜 磁控濺射 接觸電阻 耐蝕性 接觸角

【摘要】：雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池最關(guān)鍵的組成部分之一,其質(zhì)量和成本在燃料電池中占很大比重。金屬雙極板尤以不銹鋼材料以其優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性,易于加工成型,成本低等特點(diǎn),贏得諸多學(xué)者的關(guān)注。但其表面會(huì)生成導(dǎo)電性較差的氧化層,同時(shí)在燃料電池工作環(huán)境下易發(fā)生腐蝕。采用表面處理技術(shù)對(duì)不銹鋼基體材料進(jìn)行表面改性成為提高其服役性能和解決其大規(guī)模應(yīng)用問題的關(guān)鍵。本文采用自主設(shè)計(jì)研發(fā)的磁過濾陰極弧復(fù)合濺射鍍膜儀,選用304不銹鋼為基體材料,通過篩選不同的薄膜改性材料以及工藝優(yōu)化等,制備出具有最佳性能的改性材料。研究結(jié)果如下:1)綜合對(duì)比了不同材料體系薄膜的導(dǎo)電與耐蝕性能,發(fā)現(xiàn)類石墨非晶碳膜具有最優(yōu)的導(dǎo)電性能,同時(shí)具有極佳的耐腐蝕性能。2)在碳膜制備過程中,入射離子的轟擊能量對(duì)于薄膜的沉積起著至關(guān)重要的作用,它直接影響著制備出的薄膜的微觀結(jié)構(gòu),進(jìn)而對(duì)其耐蝕性,導(dǎo)電性均會(huì)產(chǎn)生較大的影響。通過選取-50V,-200V,-350V偏壓,發(fā)現(xiàn)在偏壓為-200V時(shí),制備的薄膜具有最高的sp2含量和最佳的致密性,展現(xiàn)出最佳的導(dǎo)電性與耐蝕性。3)碳基薄膜和不銹鋼間較差的親和力使得將其直接沉積在不銹鋼上會(huì)導(dǎo)致薄膜剝落等缺陷。金屬過渡層不僅能增強(qiáng)其與基體的結(jié)合性能,同時(shí)不同過渡層對(duì)碳膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能有著較大的影響。通過對(duì)比常見幾種用于過渡層的金屬(Cr,Ti,W),發(fā)現(xiàn)以Cr為過渡層制備的碳膜具有最佳的導(dǎo)電與耐蝕性能。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜燃料電池 碳基薄膜 磁控濺射 接觸電阻 耐蝕性 接觸角
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG142.71
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池10-11
• 1.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)與工作原理11
• 1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板11-14
• 1.3.1 PEMFC雙極板功能與特點(diǎn)11-12
• 1.3.2 雙極板材料12-13
• 1.3.3 不銹鋼雙極板的研究進(jìn)展13-14
• 1.4 不銹鋼雙極板材料改性的研究進(jìn)展14-19
• 1.4.1 金屬涂層14-15
• 1.4.2 金屬氮/碳化物涂層15-17
• 1.4.3 碳基涂層17-18
• 1.4.4 導(dǎo)電聚合物涂層18-19
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容19-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法20-28
• 2.1 薄膜制備與實(shí)驗(yàn)方法20-22
• 2.1.1 技術(shù)路線20-21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)樣品21
• 2.1.3 鍍膜設(shè)備21-22
• 2.1.4 實(shí)驗(yàn)方法22
• 2.2 薄膜結(jié)構(gòu)與形貌表征22-24
• 2.2.1 掃描電鏡22
• 2.2.2 掃描探針顯微鏡22-23
• 2.2.3 透射電鏡23
• 2.2.4 Raman光譜23-24
• 2.3 雙極板性能測(cè)試方法24-28
• 2.3.1 薄膜電導(dǎo)率測(cè)試24
• 2.3.2 接觸電阻測(cè)試24-25
• 2.3.3 耐腐蝕性能測(cè)試25-27
• 2.3.4 接觸角測(cè)試27-28
• 第3章 不銹鋼雙極板表面沉積不同材料薄膜性能對(duì)比28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 薄膜制備28-29
• 3.3 不銹鋼在PEMFC環(huán)境中的導(dǎo)電性與耐蝕性29-31
• 3.3.1 不銹鋼接觸電阻測(cè)試29-30
• 3.3.2 不銹鋼耐蝕性能測(cè)試30-31
• 3.4 不銹鋼改性薄膜導(dǎo)電與耐蝕性研究31-37
• 3.4.1 不銹鋼表面鍍TiN和TiSiN導(dǎo)電性與耐蝕性測(cè)試31-33
• 3.4.2 不銹鋼表面鍍CrCx薄膜導(dǎo)電性與耐蝕性測(cè)試33-34
• 3.4.3 不銹鋼表面鍍Me-DLC薄膜導(dǎo)電性與耐蝕性測(cè)試34-37
• 3.5 小結(jié)37-38
• 第4章 基體偏壓對(duì)直流磁控濺射類石墨碳膜導(dǎo)電與耐蝕性影響研究38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 薄膜制備38-39
• 4.3 薄膜表征39-41
• 4.3.1 薄膜表面形貌39-40
• 4.3.2 碳膜結(jié)構(gòu)分析40-41
• 4.4 薄膜導(dǎo)電性研究41-42
• 4.4.1 薄膜電阻率41-42
• 4.4.2 薄膜接觸電阻42
• 4.5 薄膜耐蝕性研究42-43
• 4.6 薄膜表面親疏水性研究43-45
• 4.7 小結(jié)45-46
• 第5章 不同過渡層對(duì)直流磁控濺射類石墨碳膜導(dǎo)電與耐蝕性影響研究46-58
• 5.1 引言46
• 5.2 薄膜制備46-47
• 5.3 薄膜表征47-50
• 5.3.1 薄膜表面形貌47-49
• 5.3.2 碳膜結(jié)構(gòu)分析49-50
• 5.4 薄膜導(dǎo)電性研究50-53
• 5.4.1 薄膜電阻率50-52
• 5.4.2 薄膜接觸電阻52-53
• 5.5 薄膜耐蝕性研究53-56
• 5.5.1 動(dòng)電位極化曲線53-54
• 5.5.2 恒電位極化曲線54-56
• 5.6 薄膜表面親疏水性研究56-57
• 5.7 小結(jié)57-58
• 第6章 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 結(jié)論58-59
• 6.2 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 致謝64-66
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目與成果66

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 任遠(yuǎn);曹廣益;朱新堅(jiān);;Particle Swarm Optimization based predictive control of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)[J];Journal of Zhejiang University Science A(Science in Engineering);2006年03期

2 楊代軍;馬建新;鄔敏忠;徐麟;;城市大氣污染物對(duì)PEMFC性能的影響[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2006年04期

3 郝建新;高現(xiàn)文;高鶴明;;基于COMSOL Multiphysics的PEMFC的數(shù)值模擬[J];化學(xué)工業(yè)與工程;2008年05期

4 黃乃寶;梁成浩;郭華;;拋光液對(duì)304鋼在模擬PEMFC陽(yáng)極環(huán)境中電化學(xué)行為的影響[J];腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù);2009年02期

5 盧明;徐曄;郭濤;劉淵;;人防地下工程PEMFC電站儲(chǔ)氫方案的選擇[J];低溫與特氣;2010年03期

6 ;Dynamic modeling and simulation test of a 60 kW PEMFC generation system[J];Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering);2011年06期

7 黎潤(rùn)東;宋珂;章桐;;鍵合圖理論在PEMFC建模的應(yīng)用[J];佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年04期

8 ;Experimental and numerical studies of micro PEM fuel cell[J];Acta Mechanica Sinica;2011年05期

9 李艷昆;陳維榮;程站立;游志宇;;基于PEMFC分布式發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析[J];可再生能源;2011年05期

10 ;Influence of PTFE on Electrode Structure for Performance of PEMFC and 10-Cells Stack[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2012年06期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;Hydrogen supply system for a 200 watt PEMFC[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

2 ;The current progress of PEMFC cold start models[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

3 ;Recycling of key materials of membrane electrode assembly for PEMFC by acid oxidation method[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

4 ;Progress of Guangdong 300KW PEMFC power station[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

5 ;Effect of Driving Cycle on the performance of PEMFC and microstructure of membrane electrode assembly[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

6 ;Carbon cloth based on PAN carbon fiber practicability for PEMFC applications[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

7 ;Experiment of gravity effect on PEMFC[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

8 ;Rapid Prototyping Bipolar Plate of PEMFC by Gelcasting[A];第七屆全國(guó)氫能學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

9 ;Rapid Prototyping Bipolar Plate of PEMFC by Gelcasting[A];第七屆全國(guó)氫能學(xué)術(shù)會(huì)議專輯[C];2006年

10 ;In-situ production of CO-free hydrogen for PEMFC application by methane catalytic decomposition integrated with Pd membrane hydrogen separation[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所陸天虹;燃料電池汽車商業(yè)化前景看好[N];中國(guó)化工報(bào);2002年

2 董釋倫;氫離子交換膜燃料電池前景看好[N];解放日?qǐng)?bào);2001年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王紅星;PEMFC流場(chǎng)與電池性能的模擬研究[D];天津大學(xué);2005年

2 張潔婧;PEMFC電極微觀結(jié)構(gòu)模擬[D];天津大學(xué);2012年

3 彭飛;基于PEMFC的現(xiàn)代有軌電車混合動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2014年

4 任遠(yuǎn);質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的智能建模優(yōu)化與控制研究[D];上海交通大學(xué);2008年

5 邵玉艷;PEMFC鉑/碳納米管催化劑穩(wěn)定性和電極制備新方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

6 衛(wèi)國(guó)愛;車用PEMFC空氣供給系統(tǒng)建模及控制策略研究[D];武漢理工大學(xué);2010年

7 陳昀;儲(chǔ)氫合金代鉑作為PEMFC和AFC陽(yáng)極催化材料的電化學(xué)過程與電催化特性研究[D];浙江大學(xué);2002年

8 劉宗浩;用于PEMFC的石墨/聚合物復(fù)合材料雙極板研究[D];天津大學(xué);2005年

9 駱兵;凝膠注模工藝研究及其在制備PEMFC雙極板中的應(yīng)用[D];南京理工大學(xué);2007年

10 王樂萍;基于PEMFC的溫差能驅(qū)動(dòng)水下滑翔器能源系統(tǒng)研究[D];天津大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳冬浩;自增濕空冷型PEMFC特性的實(shí)驗(yàn)分析[D];西南交通大學(xué);2015年

2 張海峰;PEMFC不銹鋼雙極板表面改性碳基薄膜及其特性研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2015年

3 趙巍;系統(tǒng)建模與仿真在PEMFC中的應(yīng)用研究[D];山東大學(xué);2005年

4 張志明;PEMFC系統(tǒng)的建模及其仿真研究[D];上海海事大學(xué);2006年

5 汪小姍;PEMFC最大功率跟蹤研究[D];西南交通大學(xué);2012年

6 張旭;基于分?jǐn)?shù)階微積分的PEMFC建模與控制方法研究[D];南京理工大學(xué);2013年

7 古云蛟;7KW級(jí)PEMFC電力變換及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];上海交通大學(xué);2013年

8 彭峗;空冷自增濕PEMFC電源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2014年

9 吳魁;用于微型熱電聯(lián)產(chǎn)的高溫PEMFC性能研究[D];華南理工大學(xué);2013年

10 揭偉平;PEMFC堆電效率與PEMFC-溫差熱機(jī)電熱聯(lián)供的實(shí)驗(yàn)研究[D];天津大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：1020699